首页
电影
新闻
新片
热映
排行榜
影评
专题
电影查询
电视
新闻
新剧
热播
排行榜
电视剧查询
人物
新闻
八卦
人物访谈
排行榜
视频
图片
博客
电影电视
明星时尚
文化生活
相册
会员
群组
我的同城
活动
热门话题
群组分类
群组人气榜
游戏
问答游戏
图片评分
电影院

科学小子 加农炮

Buddy, where are you?

http://www.mtime.com/my/kilimanjaro/
你现在的位置:时光网>>博客>>cannonball的博客>>日志>>科学日记 -- 一起来啃“相对论”这块硬骨头(1,2,3,4,5,6,7)
日志

科学日记 -- 一起来啃“相对论”这块硬骨头(1,2,3,4,5,6,7)

cannonball 发布于:2009-06-02 00:25

1

 

如今我们在读各类科普读物时,经常可以看到“相对论”的身影,这个理论正在揭示出越来越多的东西。尤其是当科学家们大笔一挥写下一串偏微分方程,然后告诉你它的某个解预测了什么可能性时,相对论的神秘感就又上了一个新台阶。而实际上,爱因斯坦当初创立它时很可能并未想那么多。不然,当他对“不确定性原理”横加指责时,就应该能想到用相对论来加以验证。事实上是他的对手海森堡这样做了,结果达到了比用其它任何理论更让他哑口无言的效果。

 

先不管科学家们又从“相对论”身上发现了什么新东西,这个理论(狭义)当初在发表时所确切表达的观点只有一个:时间和空间都不是绝对的,而是会随观测者的位置不同发生变化。这句话用通俗的语言表述就是:1、你的时间不等同于我的时间;2、你的空间也不等同于我的空间。

 

关于时间的相对性,其实对中国人来说并不陌生,因为《西游记》中曾多次提到过“山中方一日,世上已千年”的言论。这句话和相对论说的其实是一回事:一个人去山里待了一天,出来的时候,外面的世界却已经过去了整整一千年。这个人的时间显然和山外人的时间是不一样的。

 

整个狭义相对论是建立在两个基本原理之上的:“相对性原理”和“光速不变原理”。前者与我们的常识符合地非常好,理解起来不会有任何困难;后者却是难点中的难点,甚至可以说,搞清这个原理后,整个狭义相对论就只剩下些逻辑推导了。因此在正式开始前必须重点介绍一下。

 


 光速不变原理

 

依据直观的经验,速度是可以相加减的。比如,当你以5米/秒的速度与另一个10米/秒的人同向而行,你们的相对速度就是10-5=5米/秒(图1)。反之,当你们相向而行时,相对速度就是10+5=15米/秒(图2)。

 

图1

 

图2

 

 

人们最初在理解光速时,也想当然地认为它必然符合这一基本规律。比如在下面这张图中,太阳向左发生出一束光,地球以30千米/秒的速度运动到A点时,与光束同向,这时观测到的光速应该慢一些;当地球运动到B点时与光束反向,这时观测到的光速应该快一些。遗憾的是,这与实验结果不符(这些实验的正确性目前还存在很大争议)。

 

 

当时人们设想,光的传播需要一种媒介,这种媒介相对于宇宙中某个绝对静止的点保持静止时,光速为30万千米/秒,而当它运动起来时,光速就会随之加快或减慢。如果把一个短跑运动员比作光,把风比作光的传播媒介,那么这个运动员顺风跑时速度就会快些,逆风跑时速度就会慢些。风度越大他受到的影响就越大,反之就越小。光和它的传播媒介间的关系大体可以这样理解。(1887年,迈克尔孙-莫雷实验证明不存在这样的媒介)

 

爱因斯坦首先意识到,宇宙中也许根本就没有绝对静止的点。当时已知地球是绕着太阳转的,所以地球上没有这样的点;而太阳是随银河系转动的,这个点也不可能在太阳上。1929年,天文学家哈勃发现了宇宙的红移现象 – 整个宇宙都在膨胀!看来真的没有哪个点是绝对静止的。

 

既然任何地方都不是静止的,"绝对静止的传播媒介" 这个设想就是多余的,而不管人们在哪里测量光速,得到的结果都是一样的。这就说明光速不受测量者速度的影响,它永远都是30万千米/秒。

 

爱较真儿的朋友可能仍希望存在一个对“绝对光速”的合理解释,然而遗憾的是,目前人类还无法解释这种现象。对于不了解的事实采取硬性接受的态度并非荒谬之举。比如,每年无数金融学家们建立模型试图模拟市场价格变化,但市场就是不照着他们的模拟走。是市场错了吗?不是。市场永远是对的,不管你理解多少、感悟多少,你只能原封不动地接受它。同样地,微积分在得到推广应用的几十年后,它的理论基础“极限”仍未得到科学性的阐述,但这并不妨碍它与事实的完美符合。

 

也许有一天,物理学的发展可以解释光速不变的原因,或者证明它是可变的。但是在此之前,不妨心平气和地接受它。更何况,当你感到世事无常,一切都在变化时。至少有一样东西是"永恒的":光速!(需要强调的是,光速不变并非指它在任何媒介或条件下都保持不变。光在水中的速度与空气中的速度就明显不同。这里的“永恒”“不变”指的是,在同介质的惯性系中,光速不受测量者速度的影响。)

上一页1234567下一页
回复(48) |收藏(21)|20007次阅读
标签: 生活 科普
 
够专业够专业 2009-06-02 00:37

我物理的噩梦啊~又让您带回来了~

--------------------
无所为而无所谓,无所谓而无所不为……
 
 
2009-06-02 00:45

哦呵,这次抢沙发动作之快又破了你上次的记录。谢谢无所谓。

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
2009-06-02 12:01

嗯赶得巧~
话说,这文章我还是看得还算明了~于是就禁不住一阵阵干呕……
PS,小图太可爱了~~~

--------------------
无所为而无所谓,无所谓而无所不为……
 
 
有个性有个性 2009-06-02 01:34

大哥你太有才了!最佩服把复杂问题用浅显的话表达出来的人。尤其是结尾还升华了一下。你何不结集出本书捏?科普知识读物之类的……

那个“不确定性原理”跟“测不准原理”是一个么?我们一个很牛的老师用这个原理和混沌学理论来研究电影。给我们讲电影与命运。听得我们都疯了……

--------------------
天地苍茫时,那时谁和谁的背影……
 
 
2009-06-02 15:26

很想听听你们老师的课。

--------------------
无论是在什么地区,学什么知识,只要有热情,电影永远都是人生理想。
2009-06-02 20:02

我也想听听。。。

--------------------
you can't always get what you want,but if you work hard,you can get what you need.谨以这张照片纪念逝去的黑八勇士队。。
Max 1058285展开

Max

2009-06-02 20:36

有关混沌理论的电影好像还不少,我看过瑞安雷诺兹的同名电影,还挺喜欢这个演员的.
不确定原理就是测不准原理,不过好像还真没听说用这个拍电影的,你们老师太先锋了!

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
 
 
够专业够专业 2009-06-02 09:25

是不是我可以理解为人在未来还是可以穿越时空 只要超越光的速度 就会进入另一个同时存在的时空

--------------------
我总是后悔我选择的位置
 
 
2009-06-02 20:39

如果依照相对论,人们永远不可能以光速飞行,因为相对论是限制物体以光速飞行的。因为接近光速时,质量会急剧增大,就更难加速。

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
 
 
够专业够专业 2009-06-02 11:39

哇,终于开始向相对论开火了。

说起西游记,我记得以前看过一篇帖子,说西游记不够格列入四大名著,因为有一些非常可笑的错误。其中一个就是这个天上一日,人间多少多少年。因为孙猴子动不动就上天吃酒或者跟菩萨姐姐调情去了,有时逗留的时间还不短。换算下来,唐僧那里至少过去很多天了,应该早就被妖怪吃掉了。可是回来时一切如常,天上地下时间又一致了!

--------------------
 
 
2009-06-02 20:43

哈哈
西游记里我最喜欢从开篇到大闹天宫结束的部分,后面取经的故事中喜欢那个白骨精,火焰山,人生果,红孩儿,还有金角大王银角大王那个。不满意几乎每集结尾都是一个菩萨出来把妖怪领走了。即便是想表达官官相卫的主题,也没必要每次都这样嘛。
后来过了很多年,出了个叫周星星的人物,搞了部颠覆性的大话西游。简直太有新意了,我甚至觉得在某种意义上超越了原著。

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
2009-06-03 09:24

我觉得《悟空传》写得也不错,主题有点升华。

--------------------
2009-09-04 14:30

大话西游是伟大的,这个伟大的定级会随着岁月累计不断增加

--------------------
滴水藏海
 
 
写的好写的好 2009-06-02 12:22

爱因斯坦真他妈是个天才~~

看完1,期待2~~

--------------------
我能吃50个鸡蛋~
 
 
2009-06-02 20:44

呵呵谢谢,2已经更新了……

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
 
 
够专业够专业 2009-06-02 18:25

哈哈,上首页了,撒花庆祝一下!

 

--------------------
 
 
2009-06-02 20:46

嗯,真没想到,看来相对论魅力不小啊!
这也是我喜欢时光的一个原因,觉得这里的编辑和会员还是比较多样化的,科普的帖子也能浮上来。
不过就是小高登惨了点,跟了我那么就也没上过首页,这小子才来就上了!

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
 
 
2009-06-02 18:37

昨天刚看完林为民的《图说相对论》……看来是要普及了

 

--------------------
人生是条河,你也就算条鱼。
 
 
2009-06-02 20:48

听说过这本书……

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
 
 
2009-06-02 19:29

神赐的 时光只有你写这个!!!WELL DONE!!!

--------------------
A-Z,逆时针到达,一步之遥.
 
 
2009-06-02 21:03

神赐给人类的爱因斯坦~~~~~

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
 
 
够专业够专业 2009-06-02 20:03

光速不变这个原理只能接受它了。

--------------------
you can't always get what you want,but if you work hard,you can get what you need.谨以这张照片纪念逝去的黑八勇士队。。
Max 1058285展开

Max

 
 
2009-06-02 20:48

呵呵,好多人对此似乎都非常耿耿啊~~~~

--------------------
左手一把牙刷,右手一把鞋刷,你敢说我没两把刷子?
2009-09-04 14:33

大概因为人总是欲求不变,却坚信变化的心理作祟

--------------------
滴水藏海
 
 
2009-06-02 22:54

很佩服你普及科学知识的热情哈。

--------------------
生命是两个一半;一半是火焰,一半是冰霜。而爱是燃烧的那一半。

很抱歉,作者没有开放匿名回复权限,请先登录注册

日志分类

我的所有日志 (115)

美剧海洛因 (6)

时光物语 (12)

观影札记 (47)

素描时光 (18)

万水千山走遍 (12)

科学日记 (16)

谁收藏了这篇日志隐藏